Jumeau numérique d'un système MVDC innovant destiné à des centrales photovoltaïques linéaires révolutionnaires

L'entreprise

SuperGrid Institute est une entreprise privée implantée dans l'agglomération lyonnaise, en France, spécialisée dans les systèmes à courant continu haute et moyenne tension (HVDC et MVDC), éléments clés des futurs réseaux d'Énergie . L'entreprise contribue à la transition vers l'Énergie en levant les obstacles techniques au déploiement des futurs réseaux électriques et à l'intégration à grande échelle des énergies renouvelables.

L'une de ces initiatives est OPHELIA, un projet collaboratif financé par l'Agence française de l'environnement et de la gestion de l'Énergie (ADEME) dans le cadre du programme « France 2030 », dans lequel le SuperGrid Institute fournit des simulations en temps réel de haute précision permettant de valider les conceptions rapidement et à moindre coût.

Les défis

• Une architecture innovante sans produits standard : l'architecture électrique unique du MVDC a nécessité des composants et des technologies entièrement nouveaux, sans solution de repli industrialisée disponible, ce qui a rendu la validation extrêmement cruciale.
• Modélisation complexe à plusieurs niveaux : différents niveaux de modélisation (moyens et détaillés) ont été nécessaires pour simuler correctement le comportement de chaque élément du réseau, y compris des modèles de type « boîte noire » pour lesquels aucun accès au code n'était possible.
• Protocoles de communication multiples : les différents contrôleurs utilisaient des protocoles de communication variés (CAN, Modbus TCP/IP), ce qui nécessitait le développement d'une carte d'interface sur mesure pour chaque élément de commande.
• Pénurie de terrains pour le photovoltaïque : les architectures traditionnelles de collecte de courant alternatif sont mal adaptées aux longues distances caractéristiques des centrales photovoltaïques linéaires construites sur des parcelles étroites (digues, voies ferrées, pistes cyclables), ce qui nécessite une approche MVDC devant être validée avant son déploiement.

La solution OPAL-RT

Le SuperGrid Institute a développé un jumeau numérique complet en temps réel du démonstrateur OPHELIA MVDC à l'aide de la plateforme « plateforme » d'OPAL-RT :

• Matériel : Le simulateur en temps réel OPAL-RT constitue le cœur du système ; il intègre des modèles moyennés pour certains convertisseurs et des modèles détaillés à commutation utilisant le solveur eHS pour des convertisseurs spécifiques, ainsi que des modèles de lignes de transport et de disjoncteurs.
• Architecture à trois niveaux : cette configuration associe une couche de simulation (modèles OPAL-RT avec communication CAN et Modbus TCP), une couche d’interface personnalisée (développée par l’équipe HIL du SuperGrid Institute) et une couche matérielle comprenant des contrôleurs physiques, des relais de protection, des RTU et le système SCADA du réseau.
• Logiciel : le développement d'un logiciel sur mesure par OPAL-RT a permis une modélisation de haute précision, tandis que la compatibilité avec plusieurs protocoles de communication a permis une intégration transparente de tous les éléments du système.
• Capacités de test : Prend en charge les tests d'algorithmes MPPT pour les convertisseurs CC/CC photovoltaïques, la régulation de tension pour les convertisseurs MVDC intermédiaires isolés, la synchronisation avec le réseau via une conversion CC/CA, ainsi que le contrôle de supervision basé sur un système SCADA avec intégration de données météorologiques externes.

Les résultats

Le jumeau numérique basé sur la plateforme OPAL-RT a permis d'obtenir des résultats significatifs dans le cadre du projet OPHELIA :

• Banc d'essai pleinement opérationnel : après un an de développement, le banc d'essai en temps réel est pleinement opérationnel et prêt pour la phase de validation du contrôleur.
• Un jumeau numérique unique en son genre : l'un des rares projets de démonstration concrets à être relié à un jumeau numérique en temps réel, qui fonctionnera pendant deux ans parallèlement au prototype physique.
• Déploiement sans risque : validation du bon fonctionnement des principaux contrôleurs avant leur installation dans le démonstrateur physique, ce qui a permis de mettre en évidence des interactions inattendues entre les nouveaux équipements.
• Création de valeur continue : le jumeau numérique facilite l'analyse technique continue, le diagnostic des pannes, les tests de nouvelles fonctionnalités, la validation des algorithmes de protection, ainsi que le développement de systèmes d'Énergie s et de gestion de l'énergie.
• Analyse économique : permet d'effectuer une analyse économique de l'Énergie ité produite, afin d'étayer les décisions opérationnelles relatives au réseau photovoltaïque linéaire.

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